Введение в физику кристализации металлов - Вайнгард У.
Скачать (прямая ссылка):
Г лава 4
попыток построить теорию, связывающую скорость роста дендритов с величиной переохлаждения, однако ни одна из предложенных теорий не является достаточно
Переохлаждение, 0C
Фиг. 16. Скорость дендритного роста кристаллов олова в зависимости от переохлаждения [5].
общей и применимой для широкого круга материалов при различных условиях роста.
§ 3. Образование преимущественной ориентировки кристаллов (текстуры кристаллизации) в чистых металлах
При кристаллизации чистых металлов часто наблюдается, что образовавшаяся структура имеет определенную преимущественную ориентировку, т. е. многие зерна расположены так, что по крайней мере одна из главных кристаллографических осей каждого зерна ориентирована одинаковым образом. Образование преимущественной ориентировки кристаллов может быть связано с возникновением определенным образом ориентированных зародышей или с ростом кристаллов в определенных кристаллографических направлениях. Еслн Рост кристаллов при затвердевании чистых металлов 41
при кристаллизации имеет место «преимущественное» зарождение, т. е. происходит возникновение на подложке одинаковым образом ориентированных зародышей, и многие зерна начинают расти с определенной ориентировкой, то эта образовавшаяся преимущественная ориентировка может сохраняться в процессе роста кристаллов. С другой стороны, если зародыши ориентированы хаотично, то преимущественная ориентировка может возникнуть в процессе роста из них кристаллов.
Преимущественная ориентировка кристаллов в отсутствие дендритного роста. Рассмотрим процесс возникновения преимущественной ориентировки в двух различных случаях: 1) когда при кристаллизации не образуются дендриты и 2) когда рост носит дендритный
характер. Может ли возникнуть преимущественная ориентировка, если в процессе кристаллизации дендриты не образуются? До настоящего времени не ясно, может ли «конкуренция» кристаллов при росте привести к образованию преимущественной ориентировки, но можно с определенностью сказать, что образование ориентированных зародышей приводит к образованию ориентированных кристаллов. Проведенные в этом направлении эксперименты не дают возможности разделить эффекты, связанные с конкурирующим ростом и образованием ориентированных зародышей. Рассматривая процессы роста, следует указать, что какой-либо кристалл вследствие зависимости скорости роста от кристаллографической ориентировки может расти быстрее и находиться впереди своих соседей, как это показано на фиг. 17. Эта возможность всегда существует для какого-либо одного кристалла по отношению к его соседям, но преимущество в скорости роста не является столь большим, чтобы привести к образованию преимущественной ориентировки
Фиг. 17. Конкурирующий рост двух кристаллов. 42
Г лава 4
в отливке, где одновременно растут сотни кристаллов.
Преимущественная ориентировка кристаллов и дендритный рост. Остановимся на втором случае, когда кристаллизация носит дендритный характер. Недавние эксперименты показали, что в результате дендритного роста
Таблица 5
Связь между направлением дендритного роста и направлением преимущественной ориентировки [6|
ЛІЄТдЛЛ Структура Направления дендритного роста Направление преимущественной
наблюдаемое ожидаемое ориентировки
Fe-Si О. Ц. К (100) (100)
?-латунь То же (100) (100)
Na » » (100) (100)
Al Г. ц. к. (100) (100) (100)
Cu То же (100) (100)
Ag » » (100) (100)
Au » » (100) (100)
Pb » » (100) (100) (100)
Cd Г. п. у. (210) (210)
Zn То же (210) (210) (210)
Mg » » (210) Точно не известно
Bi Ромбоэдрическая (111)
?-Sn Тетрагональная (110) (110) (ПО)
О. ц. к. — объемноцентрнрованная кубическая структура. Г. ц. к. —гранецентрнрованная кубическая структура. Г. п. у. — гексагональная плотно упакованная структура. Рост кристаллов при затвердевании чистых металлов 43
образуется четко выраженная преимущественная ориентировка кристаллов. В табл. 5 приведены индексы кристаллографических направлений, расположенных параллельно направлению теплового потока (оси преимущественной ориентировки), и направления дендритного роста для всех исследованных к настоящему времени металлов.
Во всех случаях эти два направления совпадают. Это подтверждает, что образование преимущественной ориентировки является следствием дендритного роста.
Фиг. 18. Возникновение преимущественной ориентировки при дендритном росте кристаллов.
Для объяснения наблюдаемой связи следует остановиться на особенностях дендритного роста. Рассматривая рост дендритов двух зерен, необходимо подчеркнуть, что дендриты продвигаются в жидкость, переохлажденную на определенную величину. Скорость дендритного роста является функцией переохлаждения, и поэтому рост дендрита в направлении, совпадающем с направлением теплового потока, происходит с несколько большей, зависящей от величины переохлаждения скоростью. Если ось дендритов соседнего зерна не совпадает с направлением теплового потока, то он должен расти быстрее, чтобы в направлении теплового потока иметь такую же составляющую скорости роста, как и первый дендрит. Этого не может быть, так как скорость роста определяется переохлаждением, которое является одинаковым перед обоими кристаллами. В результате дендриты, растущие в направлении теплового потока, скоро
